本實(shí)用新型屬于金屬機(jī)械切削加工領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種加工淬硬深冷后完全馬氏體合金鋼的機(jī)床。

背景技術(shù)：

合金鋼冷軋工作輥經(jīng)熱處理淬火后硬度一般在HRC61～63度，由于直徑小，一般在∮140～∮180mm，長(zhǎng)徑比一般≥7，因?yàn)楣ぜ?xì)長(zhǎng)，熱處理淬火存在變形，工藝上一般都要為精磨前留單邊2～2.5mm余量，由于彎曲變形往往會(huì)造成外圓余量不均勻，一邊多，一邊少，會(huì)形成余量斷續(xù)切削。合金鋼材料抗拉強(qiáng)度比較高，這樣給高硬度切削機(jī)床帶來(lái)困難。由于合金鋼冷軋工作輥在淬硬過(guò)程在存在非百分之百的馬氏體組織形成，還存在部分殘余奧氏體組織，這樣會(huì)造成冷軋工作輥在使用中產(chǎn)生局部剝落現(xiàn)象。

目前先進(jìn)的工藝是采用國(guó)外先進(jìn)的深冷技術(shù)，將淬硬后的合金鋼冷軋工作輥再放在零下196度的液態(tài)氮極冷箱內(nèi)，再深冷4個(gè)小時(shí)，通過(guò)深冷工藝，將合金鋼冷軋工作輥的金屬基體組織內(nèi)的部分殘余奧氏體組織，轉(zhuǎn)換成完全馬氏體組織。同時(shí)根據(jù)金屬材料深冷物理現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)在零下負(fù)196度的液態(tài)氮深冷，金屬材料的機(jī)械性能會(huì)有大幅度提高，深冷后析出超細(xì)碳化物，提高了抗沖擊韌性。改善了工件內(nèi)應(yīng)力分布，提高了抗疲勞強(qiáng)度，提高了工件的耐磨性，同時(shí)提升了工件的硬度及抗拉強(qiáng)度，使用壽命能有成倍提高。這些理論成果已經(jīng)被國(guó)內(nèi)外學(xué)者達(dá)成共識(shí)。面對(duì)通過(guò)深冷技術(shù)處理的合金鋼冷軋工作輥，它獲得了更加高的抗拉強(qiáng)度，更加全面的高硬度。但這樣反而給切削完全馬氏體淬硬層帶來(lái)了更加高的難度。如何解決切削超硬、超強(qiáng)完全馬氏體金屬的問(wèn)題，如何解決斷續(xù)切削，成為金屬切削行業(yè)中加工機(jī)床的難題。

目前國(guó)內(nèi)超硬刀具行業(yè)中無(wú)論硬質(zhì)合金刀、陶瓷刀、涂層刀、PCD刀、PCBN刀、焊接復(fù)合CBN刀、都面臨不能強(qiáng)力、高速車削不均勻斷續(xù)余量淬硬鋼的禁區(qū)。只能采用低切削速度進(jìn)行切削，一般為50m～80m/min、低切削深度在0.3～0.5mm左右，低進(jìn)給量在0.1mm/r左右的切削，加工效率都比較低，究其原因是現(xiàn)有刀具和加工機(jī)床加工能力不足所致。能夠解決金屬超硬、超強(qiáng)的完全馬氏體剝離的刀具，只能是整體陶瓷刀、整體立方氮化硼CBN刀。而整體陶瓷刀、整體立方氮化硼CBN刀，從自身硬度上講是可以滿足的，但是從他們基體強(qiáng)度上講，比較脆弱，不耐沖擊，不耐強(qiáng)振動(dòng)，刀片容易碎裂。按目前國(guó)標(biāo)常規(guī)車床規(guī)格，從回轉(zhuǎn)直徑∮400～∮630mm的車床來(lái)看，一般屬于普通輕型車床，根本是沒(méi)有完全滿足以上要求的加工能力。面對(duì)淬硬合金鋼冷軋工作輥在進(jìn)過(guò)深冷技術(shù)處理后，形成完全馬氏體組織，提升了工件的硬度及抗拉強(qiáng)度。重新選擇配置一種能夠強(qiáng)力切削的機(jī)床，始終是金屬切削機(jī)床行業(yè)中的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

1、要解決的問(wèn)題

針對(duì)現(xiàn)有機(jī)床無(wú)法高效加工淬硬深冷完全馬氏體合金鋼的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種加工淬硬深冷后完全馬氏體合金鋼的機(jī)床，突破了淬硬深冷完全馬氏體合金鋼切削禁區(qū)，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)力切削，獲得了高精度、高效率切削加工的有益效果。

2、技術(shù)方案

為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型采用如下的技術(shù)方案。

一種加工淬硬深冷后完全馬氏體合金鋼的機(jī)床，包括主電機(jī)、減速機(jī)、主軸箱、中拖板、大拖板、電動(dòng)刀架、導(dǎo)軌和回轉(zhuǎn)尾座，所述的主電機(jī)和減速機(jī)均獨(dú)立固定設(shè)置在地面上，與機(jī)床床身分離設(shè)置；所述的主軸箱與機(jī)床床身為一體結(jié)構(gòu)；所述的主軸箱內(nèi)設(shè)置有一根純主軸，完全沒(méi)有變速齒輪，所述的主軸與所述的減速機(jī)通過(guò)皮帶輪裝置連接；所述的導(dǎo)軌采用四導(dǎo)軌或三導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，所述的大拖板和所述的回轉(zhuǎn)尾座分別錯(cuò)位設(shè)置在導(dǎo)軌上；所述的大拖板上設(shè)置有與導(dǎo)軌方向垂直的燕尾凸起；所述的中拖板底部設(shè)置有與所述的燕尾凸起對(duì)應(yīng)的燕尾凹槽；所述的燕尾凹槽卡合在所述的燕尾凸起上；所述的電動(dòng)刀架固定設(shè)置在所述的中拖板上。

優(yōu)選地，所述的主軸箱與所述的機(jī)床床身采用米漢納鑄鐵一體成型鑄造。

優(yōu)選地，所述的回轉(zhuǎn)尾座內(nèi)置回轉(zhuǎn)頂尖；所述的尾座套筒直徑為220mm，回轉(zhuǎn)軸直徑為160mm。

優(yōu)選地，所述的皮帶輪裝置包括分別固定于所述的主軸上和所述的減速機(jī)輸出軸上的兩個(gè)皮帶盤(pán)；兩個(gè)所述的皮帶盤(pán)之間設(shè)置八根齒形皮帶。

優(yōu)選地，所述的主電機(jī)采用功率為22～30KW的交流伺服電機(jī)。

優(yōu)選地，所述的中拖板的寬度尺寸為480mm或者520mm。

優(yōu)選地，所述的電動(dòng)刀架寬度設(shè)計(jì)配置300mm×300mm。

優(yōu)選地，所述的導(dǎo)軌采用寬度為1100mm的四導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)；所述的大拖板和回轉(zhuǎn)尾座分別設(shè)置在兩條不同的導(dǎo)軌上。

優(yōu)選地，所述的導(dǎo)軌采用三導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)；所述的三導(dǎo)軌寬度為850mm。

優(yōu)選地，所述的電動(dòng)刀架上設(shè)置有整體式CBN刀具，所述的CBN刀具刀片前角γ0＝-6～-7度，后角α0＝6度，刀尖倒棱為a＝0.2mm×20°；所述的整體式CBN刀具的主偏角κr＝75°或者45°。

3、有益效果

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的有益效果為：

(1)本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)力、高切削深度、高速車削；實(shí)現(xiàn)了對(duì)超強(qiáng)、超硬完全馬氏體組織的切削、剝離，工作效率成倍提高；

(2)本實(shí)用新型主軸箱和床身是一體結(jié)構(gòu)，選用強(qiáng)韌性米漢納鑄鐵(HT-300)，一體成型鑄造技術(shù)鑄造，可以保證整體剛性強(qiáng)，使用可靠性高；

(3)本實(shí)用新型選用高剛性一根純主軸結(jié)構(gòu)，主軸箱內(nèi)無(wú)變速齒輪，采用鉻鉬合金鋼，配合大直徑P4級(jí)(JIS)高精密圓柱滾子軸承及高速斜角接觸滾珠軸承(日本NSK軸承，內(nèi)徑200mm)，前端固定、后端浮動(dòng)支撐，可承受徑向、軸向及合成負(fù)荷；主軸內(nèi)部密閉式油脂潤(rùn)滑，可保證主軸高速平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)；滿足硬碰硬擠壓切削必須的主軸旋轉(zhuǎn)扭矩；

(4)本實(shí)用新型按不同回轉(zhuǎn)直徑的車床配置相應(yīng)功率的交流伺服電機(jī)，主電機(jī)再直接連接配備1：8高精密主軸減速箱，實(shí)現(xiàn)在全程速度范圍內(nèi)無(wú)級(jí)變速，同時(shí)提高了輸出扭矩，可以實(shí)現(xiàn)硬碰硬擠壓切削必須的旋轉(zhuǎn)扭矩；

(5)本實(shí)用新型機(jī)床電動(dòng)刀架寬度設(shè)計(jì)300mm×300mm，這樣寬刀架的要求，對(duì)應(yīng)地采用大型寬體中拖板，中拖板寬度尺寸480mm或者520mm，這樣必須同時(shí)增加車床導(dǎo)軌寬度，更加能提高機(jī)床的總體剛性，本實(shí)用新型中回轉(zhuǎn)直徑500車床選擇了三導(dǎo)軌，寬度850mm，回轉(zhuǎn)直徑630車床選擇了四導(dǎo)軌，寬度1100mm，按大型車床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)用在小回轉(zhuǎn)直徑車床上，極大地提高了機(jī)床剛性和穩(wěn)定性；

(6)本實(shí)用新型交流伺服主電機(jī)、減速機(jī)獨(dú)立安裝，和機(jī)床床身完全分離，大大降低了噪音及振動(dòng)，只有降低振動(dòng)，才能有利于采用CBN刀具使用，克服了CBN刀具怕振動(dòng)的缺點(diǎn)；

(7)本實(shí)用新型直接采用8根高韌性同步齒型皮帶傳遞扭矩，這種主軸箱無(wú)齒輪結(jié)構(gòu)確保了淬硬馬氏體合金鋼冷軋工作輥硬碰硬切削的主軸大扭矩輸出的剛性條件，同時(shí)又大大降低了噪音及振動(dòng)；

(8)本實(shí)用新型解決了原來(lái)普通小回轉(zhuǎn)直徑車床不能加工淬硬后完全馬氏體合金鋼的問(wèn)題，同時(shí)在同行業(yè)內(nèi)首先突破對(duì)淬硬冷軋工作輥經(jīng)過(guò)深冷技術(shù)處理后形成超強(qiáng)、超硬完全馬氏體組織的切削加工，在深冷技術(shù)提升了工件的硬度及抗拉強(qiáng)度的情況下，本實(shí)用新型仍能夠完全實(shí)現(xiàn)了高速、強(qiáng)力的切削，大大提高了生產(chǎn)效率。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本實(shí)用新型整體式CBN刀具的結(jié)構(gòu)圖。

圖中：1、主電機(jī)；11、減速機(jī)；

2、主軸箱；21、主軸；22、皮帶輪裝置；

3、電動(dòng)刀架；4、導(dǎo)軌；5、回轉(zhuǎn)尾座；6、中拖板；7、大拖板。

具體實(shí)施方式

分析認(rèn)為，深冷技術(shù)在我國(guó)推廣時(shí)間不長(zhǎng)，由于設(shè)備和使用成本比較高，同行業(yè)推廣使用單位還不多，因此在淬硬冷合金鋼軋工作輥在經(jīng)過(guò)深冷工藝處理后，形成完全馬氏體組織，對(duì)超強(qiáng)、超硬完全馬氏體的剝離方面可借鑒的經(jīng)驗(yàn)基本上沒(méi)有。我們分析認(rèn)為國(guó)產(chǎn)的CBN刀具，是繼人造金剛石之后的又一種新型高新技術(shù)產(chǎn)品，雖然目前可借鑒的加工超強(qiáng)、超硬材料方面的經(jīng)驗(yàn)不多，但是根據(jù)CBN它具有的很高的硬度、良好的耐熱性和熱穩(wěn)定性，只要通過(guò)綜合多方面的參數(shù)去進(jìn)行優(yōu)化，多次實(shí)踐。是可以突破禁區(qū)，去實(shí)現(xiàn)強(qiáng)力、高速切削淬硬冷軋工作輥特別在經(jīng)過(guò)深冷技術(shù)處理后，形成完全馬氏體組織，對(duì)超強(qiáng)、超硬完全馬氏體的剝離的。關(guān)鍵的是如何根據(jù)CBN刀具的特殊要求，去對(duì)機(jī)床進(jìn)行一種特殊配置，來(lái)針對(duì)性地適應(yīng)和實(shí)現(xiàn)對(duì)淬硬合金鋼冷軋工作輥完全馬氏體組織，并且提升了工件的硬度及抗拉強(qiáng)度后的加工。

因此對(duì)加工機(jī)床的要求比較苛刻，這種機(jī)床1.必須要滿足有高剛性；2.能夠安裝大橫截面刀桿的刀架；3.能有大扭矩輸出；4.有高轉(zhuǎn)速能力；5.機(jī)床要求極低振動(dòng)；6.為克服切削中擠壓讓刀、打刀現(xiàn)象，要采用大直徑內(nèi)置式回轉(zhuǎn)尾座。

由于所加工的工件回轉(zhuǎn)直徑≤∮200mm，面對(duì)淬硬合金鋼冷軋工作輥在進(jìn)過(guò)深冷技術(shù)處理后，形成完全馬氏體組織，提升了工件的硬度及抗拉強(qiáng)度。需要通過(guò)對(duì)∮400～∮630mm的回轉(zhuǎn)直徑車床，重新選擇專門(mén)的一種特殊配置，才能來(lái)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)力、高切削深度、高速車削。實(shí)現(xiàn)對(duì)超強(qiáng)、超硬完全馬氏體組織的剝離，來(lái)提高生產(chǎn)效率。

為此，采用如下實(shí)施方案：

實(shí)施例1

如圖1所示，一種加工淬硬深冷后完全馬氏體合金鋼的機(jī)床，包括主電機(jī)1、減速機(jī)11、主軸箱2、中拖板6、大拖板7、電動(dòng)刀架3、導(dǎo)軌4和回轉(zhuǎn)尾座5，

主電機(jī)1采用功率為30KW的交流伺服電機(jī)；減速機(jī)11采用1：8高精密主軸減速箱；能夠?qū)崿F(xiàn)在全程速度范圍內(nèi)無(wú)級(jí)變速，同時(shí)提高了輸出扭矩，可以實(shí)現(xiàn)硬碰硬擠壓切削必須的旋轉(zhuǎn)扭矩；

主電機(jī)1和減速機(jī)11均獨(dú)立固定設(shè)置在地面上，與機(jī)床床身分離設(shè)置；

主軸箱2與機(jī)床床身為一體結(jié)構(gòu)，并采用米漢納鑄鐵HT-300一體成型鑄造，一體成型鑄造技術(shù)鑄造可以保證整體剛性強(qiáng)，使用可靠性高；主軸箱2內(nèi)設(shè)置有一根純主軸21，主軸21的中心高回轉(zhuǎn)直徑為630mm；主軸21與減速機(jī)11通過(guò)皮帶輪裝置22連接，皮帶輪裝置22包括分別固定于主軸21上和減速機(jī)11輸出軸上的兩個(gè)皮帶盤(pán)；兩個(gè)皮帶盤(pán)之間設(shè)置八根齒形皮帶；這種主軸箱無(wú)齒輪結(jié)構(gòu)確保了淬硬馬氏體合金鋼冷軋工作輥硬碰硬切削的主軸大扭矩輸出的剛性條件，同時(shí)又大大降低了噪音及振動(dòng)；

電動(dòng)刀架3的寬度設(shè)計(jì)配置300mm×300mm，電動(dòng)刀架3上設(shè)置有整體式CBN刀具，整體式CBN刀具刀桿的橫截面為40mm×40mm；如圖2所示，CBN刀具刀片前角γ0＝-6度，后角α0＝6度，刀尖倒棱為a＝0.2mm×20°；整體式CBN刀具的主偏角κr＝75°；

導(dǎo)軌4采用寬度為1100mm的四導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)；大拖板7和回轉(zhuǎn)尾座5分別設(shè)置在兩條不同的導(dǎo)軌上，大拖板7上設(shè)置有與導(dǎo)軌4方向垂直的燕尾凸起；中拖板6底部設(shè)置有與燕尾凸起對(duì)應(yīng)的燕尾凹槽；燕尾凹槽卡合在燕尾凸起上；電動(dòng)刀架3固定設(shè)置在中拖板6上，中拖板6設(shè)計(jì)配置成大型寬體中拖板，其寬度為520mm，與寬度配置300mm×300mm的電動(dòng)刀架3相匹配，滿足穩(wěn)定要求；

回轉(zhuǎn)尾座內(nèi)置回轉(zhuǎn)頂尖；尾座套筒直徑為220mm，回轉(zhuǎn)軸直徑為160mm；超強(qiáng)的剛性在受到橫向擠壓切削中，有效克服了讓刀現(xiàn)象；同時(shí)由于回轉(zhuǎn)尾座5體積比較大，尾座底座長(zhǎng)度800～900mm、體積均是標(biāo)準(zhǔn)車床尾座的一倍以上，穩(wěn)定性非常好，切削過(guò)程中能夠完全抵抗橫向擠壓力量，有效克服了旋轉(zhuǎn)切削中讓刀現(xiàn)象和圓周偏心旋轉(zhuǎn)打刀現(xiàn)象，可以滿足CBN刀具使用。

實(shí)施例2

一種加工淬硬深冷后完全馬氏體合金鋼的機(jī)床，與實(shí)施例1相同，所不同的是：一根純主軸21的中心高回轉(zhuǎn)直徑為500mm，相應(yīng)的主電機(jī)1采用功率為22KW的交流伺服電機(jī)；導(dǎo)軌4采用三導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)；三導(dǎo)軌寬度為850mm；中拖板6寬度設(shè)置為480mm，大拖板7和回轉(zhuǎn)尾座5分別錯(cuò)位設(shè)置在三條導(dǎo)軌上，電動(dòng)刀架3固定設(shè)置在中拖板6上。

本實(shí)施例中回轉(zhuǎn)直徑500車床選擇了三導(dǎo)軌，寬度850mm，按大型車床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)用在小回轉(zhuǎn)直徑車床上，極大地提高了機(jī)床剛性和穩(wěn)定性；解決了原來(lái)普通小回轉(zhuǎn)直徑車床不能加工淬硬后完全馬氏體合金鋼的問(wèn)題，同時(shí)在同行業(yè)內(nèi)首先突破對(duì)淬硬冷軋工作輥經(jīng)過(guò)深冷技術(shù)處理后形成超強(qiáng)、超硬完全馬氏體組織的切削加工，在深冷技術(shù)提升了工件的硬度及抗拉強(qiáng)度的情況下，本實(shí)用新型仍能夠完全實(shí)現(xiàn)了高速、強(qiáng)力的切削，大大提高了生產(chǎn)效率。